Устройство для измерения скорости ультразвука в агрессивных средах Советский патент 1982 года по МПК G01H5/00 G01N29/00 

1 Изобретение относится к технике акустических измерений и может быть использовано для измерения параметров агрессивных сред. Известно устройство для измерения скорости ультразвука в агрессив ных средах, содержащее последовател но соединенные генератор зондирующих импульсов, излучающий и приемный преобразователи, нормализатор интегратор, компаратор, схему ИЛИ и триггер 1. Недостатками известного устройства являются низкие точность и достоверность измерений при наличии помех. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройств для измерения скорости ультразвука в агрессивных средах, содержащее последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, излучающий преобразователь, приемный преобразователь и усилитель, последовательно соединенные схему ИЛИ, делитель импульсов, первый триггер и ключ, а также второй триггер t2. Недостатком известного устройства является низкая достоверность измерений, так как возможно ложное срабатывание из-за наличия помех. Цель изобретения - повышение достоверности измерений. Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения скорости ультразвука снабжено последовательно соединенными нормализатором импульсов, вход которого подключен к выходу усилителя, интегратором, дифференцирующим блоком и схемой сброса, выход которой соединен с вторым входом интегратора, первым компаратором, вход 1 :оторого соединен с выходом интегратора, а выход с вторым входом делителя импульсов, последовательно соединенными вторым 3 .Ч1,мп эрлтором, вход которого соедиHf..-. с выходом интегратора, а выход с вторым входом первой схемы ИЛИ, ч второй схемой ИЛИ, вход которой подключен к выходу генератора зонди рующих импульсов, а выход - к второму входу первого триггера, второй вход ключа соединен с выходом дифференцирующего блока, а выход - с первым входом второго триггера, вто рой вход которого подключен к выход Генератора зондирующих импульсов. На фиг. 1 представлена блок-схем устройства; на фиг. 2 - временные эпюры, поясняющие работу схемы о Устройство содержит последовател но соединенные генератор 1 зондирующих импульсов, излучающий преобразователь 2, приемный преобразовател 3 и усилитель , последовательно со диненные схему ИЛИ 5, делитель 6, импульсов, первый триггер 7 и ключ 8, второй триггер Э, последовательно соединенные нормализатор 10, вход которого подключен к выходу усилителя k, интегратор 11, диффере цирующий блок 12 и схему 13 сброса, выход которой соединен с вторым входом интегратора 11, первый компаратор }k, вход которого соединен выходом интегратора 11, а выход с вторым входом делителя 6 частоты, последовательно соединенные второй компаратор 15, вход которого соединен с выходом интегратора 11, а выход - с вторым входом первой схемы ИЛИ 5, и вторую схему ИЛИ 16, вход которой подключен к выходу генератора 1 зонидрующих импульсов, а выход - к второму входу первого триггера 7. Второй вход ключа 8 соединен с выходом дифференцирующего бло ка 12, а выход - с первым входом вт рого триггера 7. Второй вход второго триггера 7 подключен к выходу ге нератора зондирующих импульсов Выход второго триггера 9 соединен с в числительным блоком 17. Устройство для измерения скорост ультразвука работает следующим образом. В момент времени t- генератор 1 зондирующих импульсов вырабатывает импульс 18 (фйг. 2) напряжения, который в преобразователе 2 преобразу ся в акустический импульс 19, излучается в исследуемую среду, проходит ее и принимается приемным преоб разователем 3. Одновременно импульс 764 со второго выхода генератора 1 зондирующих импульсов через первую схему ИЛИ. 5 c6pacbiBiieT делитель 6, через вторую схему ИЛИ 16 первый триггер 7 переводит в нулевое состояние, а второй триггер 9 - в единичное состояние. При этом принятый сигнал преобразователем 3 преобразуется в электрический, усиливается усилителем . Пусть в интервале времени между излученным и принятым (момент времени t) сигналами действует импульсная помеха (момент времени t (фиг. 2). Рассмотрим работу устройства за время t t. В этом случае на вход нормализатора 10 с выхода усилителя k поступает смесь сигнала 20 помехи и шума. При превышении суммарным сигналом нулевого уровня на выходе нормализатора 10 появляется сигнал 21 постоянной амплитуды. Этот сигнал подается одновременно на первый вход интегратора 11 и на дифференцирующий блок 12о В интеграторе 11 поступающие прямоугольные импульсы 22 преобразуются в треугольные, амплитуда которых прямо пропорциональна их длительности о Это достигается тем, что интегратор 11 разряжается до нулевого уровня импульсом 23, формируемым из заднего фронта импульса нормализатора 10 с помацью дифференцирующего блока 12 и схемы 13 сброса. Импульсы с выхода интегратора 11 поступают одновременно на входы первого и второго компараторов 1А и 15. Второй компаратор 15 предназначен для обнаружения импульсного сигнала на форе шума. Его работа основана на том, что он срабатывает при превышении напряжением интегратора 11 порогового уровня и, т.е. когда длительность импульса на выходе нормализатора 10 превышает заданную длительность t . Длительность t. выбирается исходя из условия t t .,, где с период высокочастотног э колебания, заполняющего импульс. В момент срабатывания второго компаратора 15 на его выходе формируется .импульс 2, который поступает на делитель 6 числа импульсов. Делитель 6 с триггером 7 и ключом -8 позволяет фиксировать момент прихода заранее заданного полупериода импульса, что позволяет получить максимальное отношение сигнал/шум. Это достигается тем, что путем выбора коэффициента деления делителя 6 импульс на его выходе формируется при приходе задан ного количества импульсов со второго компаратора 15. Импульс 25 с выхода делителя 6 опрокидывает триггер 7, который открывает нормально закрытый ключ 8. Импульсы 2б с выхода дифференцирующего блока 12 поступают На вход ключа 8. При этом на его выходе появляется первый импульс в момент времени, соответствующий моменту перехода заданного полупериода через нулевой уровень. Это импульс сбрсывает второй триггер 9 в нулевое состояние. При этом длительность С-, импульса 27 на выходе триггера 9 равнаГ гр+(п-)/fQ , где IQ - время распространения ультразвуковой волны в исследуемой среде; п - коэффициент деления делит.еля (п 7/1); f Q - центральная частота ультразвукового сигнала. Импульс с выхода триггера 5 длительностью t поступает на вход вычислительного блока 17, в котором по известному базовому расстоянию, найденному значению Т и заданному коэффициенту де ления и вычисляется скорость ультразвука „ Поскольку структура сигнала 21 на выходе нормализатора 10 не меняется при значительных амплитудных флуктуациях сигнала, точность и поме хоустойчивость измерений повышается. При поступлении в момент времени tp на вход усилителя импульсной по мехи длительностью up большей полови ны периода несущего колебания С, т.е. (фиг. 2) на выходе интегратора П формируется треугольный импульс. Аналогичным образом на выходе вто рого компаратора 15 образуется импульс 2k большой длительности, который записывается в делитель 6. I Пороговый уровень U второго ком.паратора 15 выбран таким образом, чтобы на его выходе формировался сиг нал только в том случае, если длител ность помехи больше половинь периода сигнала (). Таким o6pa3OMs во время действия импульсной помехи с длительностью выходах компараторов 1 и 15 появляются прямоугольные импульсы, задние фронты которых совпадают, а передние фронты сдвинуты во времени из-за различных уровней срабатывания о При этом импульс с выхода первого компаратора И через схему ИЛИ 5 приводит в исходное состояние делитель 6. Это исключает возможность ложного срабатывания. При выборе коэффициента деления делителя 6 на выходе триггера 7 образуется импульс 25, передний фронт которого соответствует моменту равенства выходного напряжения интегратора 1 1 и порогового УРОВНЯ Uiji, а задний - уровня и. Г1оскольку импульс 23 на выходе дифференцирующего блока 12 образуется в момент формирования заднего фронта импульса с выходов компараторов k и 15, а на выходе триггера 7 - в момент формирования переднего фронта импульса, т.е. они не совпадают во времени, на выходе ключа 8 импульс отсутствует. Это способствует повышению достоверности устройства. Изобретение позволяет с высокой достоверностью производить измерение скорости ультразвука. Формула изобретения Устройство для измерения скорости ультразвука в агрессивных средах, содержащее последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, излучающий преобразователь, приемный преобразователь и усилитель, последовательно соединенные схему ИЛИ, делитель импульсов, первый триггер и ключ, а также второй триггер, о тличающееся тем, что , с целью повышения достоверности измере НИИ, оно снабжено последоватЬльно |Соединенными нормализатором импульсов, вход которого подключен к выходу усилителя, интегратором, дифференцирующим блоком и схемой сброса, выход которой соединен с вторым входом интегратора, первым компаратором, ;вход которого соединен с выходом интегратора, а выход - с вторым входом делителя импульсов, последовательно соединенными вторым компаратором вход которого соединен с выходом .мтeгpaтopa, а выход - с вторым входом первой схемы ИЛИ, и второй схемой ИЛИ, вход которой подключен к выходу генератора зондирующих импульсов, а выход - к второму входу первого триггера, второй вход ключа соединен.с выходом дифференцирующего блока, а выход - с первым входом второго триггера, второй вход которого подключён к выходу генератора зондирующих импульсов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе fseye 1.Патент США № 3783679, кл. 73-67.8, 197. 2.Авторское свидетельство СССР Vf , кл. G 01 Н 5/00, 1977 5 (прототип)..

Фиг,1

Фиг. 2